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第二节　CNC 装置

一、CNC装置所具备的功能

1.功能：

根据输入的零件加工程序、数据和参数，完成数值计算和逻辑判断，进行输入、输出控制。

2.功能分类：

(1)基本功能：

控制功能、准备功能、插补功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具和工作台分度功能、字符显示功能、诊断功能属于数控机床必备的基本功能，价格比较便宜;

(2)选择功能：

补偿功能、固定循环功能、图形显示功能、通信功能及在线自动编程功能属于选择功能，用户可根据需要加以选用。

二、CNC装置的硬件结构

(一)单微处理器结构与多微处理器结构CNC装置(重点)

1.单微处理器结构CNC装置

(1)单微处理器CNC装置只有一个微处理器，或虽然有两个以上的微处理器，但其中只有一个微处理器能够控制总线，而其他微处理器不能控制系统总线，不能访问主存储器，各微处理器组成主从结构。

(2)单微处理器结构的CNC装置几乎都采用以总线为中心的计算机结构。CPU 通过总线与存储器(RAM、EPROM)、可编程控制器PLC、位置控制器及各种接口相连。

(3)单微处理器CNC装置中，微处理器(CPU)是核心;总线是CNC装置各部分之间传送信息的公共通道。

(4)按照印刷电路插接方式的不同，单微处理器结构的 CNC 装置可以分为：

①大板结构：CNC装置由主板和辅助功能板(卡)组成。

②模块化结构。是将CNC装置的硬件按功能划分成模板，每个功能模块都制成尺寸相同的印刷电路板，称为功能模板。

2.多微处理器结构CNC装置。

多微处理器结构CNC装置多采用模块化结构，每个功能模块分管各自的任务。

多微处理器CNC装置各模块之间的互连和通信主要采用共享总线和共享存储器两类结构。

3.单微处理器结构与多微处理器结构CNC装置的区别：

①单微处理器结构CNC装置只有一个微处理器能够控制总线，占有总线资源，而多微处理器结构CNC装置有多个微处理器。

②单微处理器结构CNC装置采用以总线为中心的计算机结构，而多微处理器结构CNC装置各模块之间的互连和通信除了采用共享总线结构外，还采用共享存储器结构。

③单微处理器结构CNC装置有大板和模块两种结构形式，而多微处理器结构CNC装置都采用模块化结构形式。

④单微处理器结构CNC装置的功能受微处理器的字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制，用于控制功能不十分复杂的数控机床中。多微处理器结构CNC装置适合多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的数控机床。

⑤与单微处理器结构CNC装置相比，多微处理器结构CNC装置具有更好的适应性和扩展性。使故障对系统的影响更低。

三、CNC装置的软件(重点)

(一)CNC 装置的控制流程

控制流程：

机床所需要的各种控制指令、参数以及加工数据通过输入设备送入 CNC 的存储装置中。加工时再从存储器调出，按程序段进行译码，将零件加工程序转变成为 CNC 装置能够接受的代码。

译码后分为两路：

1.低速辅助信息

(1)辅助功能 M(主轴起、停，冷却液通、断，刀具更换等);

(2)主轴转速功能 S(主轴转速设定);

(3)刀具功能 T(刀具选择)。

低速辅助信息由 PLC 处理和输出，实现辅助控制。

2.高速轨迹信息(数字控制信息)

(1)刀具补偿处理(将零件轮廓轨迹转换为刀具中心轨迹);

(2)进给速度处理(各运动坐标分速度的计算和限速处理)。

高速轨迹信息经过预处理后再进行插补和位置控制，经过控制伺服系统实现坐标轴的协同运动，以实现NC控制。

(二)CNC装置的多任务并行处理

1.任务种类：

CNC装置的系统软件除了要执行必要的控制任务外，还必须具有管理任务。

2.控制任务内容：

控制任务包括译码、刀具补偿、速度处理、插补、位置控制等，这类任务要求很强的实时性;

3.管理任务内容：

包括人机界面管理、程序的输入输出、显示、诊断等。相对于控制任务而言，管理任务的特点是实时性要求不高。

4.并行处理：

在许多情况下，CNC装置中的控制和管理的某些任务必须同时进行，即并行处理。

四、可编程序控制器(重点)

(一)PLC概述

1.PLC 的组成

PLC 实质上是一种专用工业控制计算机，其组成包括硬件和软件两部分。

Ⅰ 硬件组成：

PLC 硬件包括基本组成部分、I/O扩展部分和外部设备三大部分。

(1)基本组成部分是构成PLC的最小系统，包括CPU及存储器、输入接口、输出接口、电源等。

(2)I/O扩展部分

当用户所需要的输入、输出点数超过基本系统的输入输出点数时，由 I/O扩展部分扩大系统的总点数。

(3)外部设备

是开发 PLC控制系统的辅助设备，主要包括：

编程器、 EPROM 写入器 、磁带机、打印机、监视器等。

Ⅱ 软件组成：

PLC 软件包括系统软件和应用软件两部分。

(1)系统软件由生产厂家编制，用于管理、协调 PLC 各部分的工作，通常被固化在ROM 中。

(2)应用软件是用户根据控制的需要，用 PLC 语言编写的程序。

应用软件一般存在 RAM 中，并使用锂电池进行掉电保护;不经常变化的应用软件可以固化在 PLC 提供EPROM 模块中。

2.PLC的基本技术指标

(1)存储器容量。

(2)扫描速度。

(3)I/O点数。I/O点数是指PLC外部输入、输出端子总数，这是PLC最重要的一项技术指示。

(4)编程语言。编程语言的指令条数是衡量PLC软件功能强弱的主要指标，指令越多，编程功能越强。

(二)PLC在数控机床中的应用

在中、高档数控机床中，PLC 是CNC装置的重要组成部分。作用是：接受来自零件加工程序的开关功能信息(M、S、T 即辅助功能、主轴转速功能和刀具功能)、机床操作面板上的开关量信号，进行逻辑处理，完成输出控制功能，实现各功能以及操作方式的连锁。

数控机床使用的PLC有内装型和独立型。

总的来看，单微处理器的CNC装置采用内装型PLC为多，而独立型PLC主要用在多微处理器CNC装置。

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